(57)【要約】  本発明に係る内燃機関は、排気通路に設けられた排気処理装置と、排気処理装置の上流側に設けられ、排気温度を昇温させるためのバーナー装置とを備える。バーナー装置は、排気通路内に燃料を添加する燃料添加弁と、添加された燃料を着火する第１着火装置と、第１着火装置の下流側に設けられたバーナー触媒と、バーナー触媒の下流側に設けられた第２着火装置とを含む。バーナー触媒は、排気通路を、バーナー触媒の内部に形成された触媒内通路と、バーナー触媒の外部に形成された触媒外通路とに仕切る。第２着火装置は、触媒外通路と排気処理装置との間に位置されている。発生した煤を第２着火装置で燃焼可能である。
2011145143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた排気処理装置と、前記排気処理装置の上流側に設けられ、排気温度を昇温させるためのバーナー装置とを備えた内燃機関であって、
前記バーナー装置が、前記排気通路内に燃料を添加する燃料添加弁と、前記燃料添加弁から添加された燃料を着火する第１着火手段と、前記第１着火手段の下流側に設けられたバーナー触媒と、前記バーナー触媒の下流側に設けられた第２着火手段とを含み、
前記バーナー触媒が、前記排気通路の断面の一部を占めるように形成され、これにより前記排気通路を、前記バーナー触媒の内部に形成された触媒内通路と、前記バーナー触媒の外部に形成された触媒外通路とに仕切り、
前記第２着火手段が、前記排気通路の軸方向における前記触媒外通路と前記排気処理装置との間に位置されている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記第２着火手段が、前記触媒外通路の出口付近に位置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記第２着火手段が、前記触媒外通路を前記排気通路の軸方向に沿って下流側に延長させたときの当該延長領域内に位置されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記バーナー触媒が、前記排気通路の内周面に接触するように形成されると共に前記排気通路の軸方向に貫通した少なくとも一つの貫通穴を有し、該貫通穴によって前記触媒外通路が形成される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
一つの前記貫通穴が、前記バーナー触媒の中心部に形成され、これにより前記バーナー触媒が環状に形成される
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
複数の前記貫通穴が、前記バーナー触媒の所定位置にそれぞれ形成される
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記バーナー触媒が、前記排気通路の内周面から離間して位置され、前記バーナー触媒の半径方向外側に環状の前記触媒外通路が形成される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記排気処理装置の温度を取得する取得手段と、
該取得手段によって取得された温度に基づき前記燃料添加弁、前記第１着火手段および前記第２着火手段を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記取得温度が所定の第１温度範囲にあるとき、前記燃料添加弁、前記第１着火手段および前記第２着火手段を作動状態とし、前記取得温度が前記第１温度範囲より高い所定の第２温度範囲にあるとき、前記燃料添加弁および前記第２着火手段を作動状態とし、前記第１着火手段を非作動状態とする
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記排気処理装置が、酸化触媒からなる
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に係り、特に、排気通路における排気処理装置の上流側に、排気温度を昇温させるためのバーナー装置を設けた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路において、排気処理装置（触媒等）の上流側にバーナー装置を設け、バーナー装置で生成された加熱ガスを利用して排気温度を昇温し、排気処理装置を加熱し、排気処理装置の暖機を促進する場合がある。バーナー装置は、典型的に、排気通路内に添加された燃料を適宜な着火手段によって着火し、燃焼させるものである。またバーナー装置には、着火手段の下流側に、添加燃料を酸化させるためのバーナー触媒を備えるものもある。【０００３】
特許文献１には、排気浄化触媒の上流側に小型酸化触媒と燃料供給弁とを配置し、燃料供給弁から小型酸化触媒に燃料を供給する際、供給燃料の一部を小型酸化触媒の側方を通って排気浄化触媒に流入させることが開示されている。【０００４】
ところで、バーナー装置にあっては、例えば添加燃料と排気ガス（特にこれに含まれる酸素）の混合不良が原因で、不完全燃焼や失火が生じ、比較的多量の煤が発生する場合がある。こうした煤に対し何等対策を施さないと、下流側の排気処理装置の詰まり等、様々な不具合を引き起こす可能性がある。【０００５】
そこで本発明の一の目的は、煤の排出量を抑制可能なバーナー装置を備える内燃機関を提供することにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１５６１６４号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明の一の態様によれば、
排気通路に設けられた排気処理装置と、前記排気処理装置の上流側に設けられ、排気温度を昇温させるためのバーナー装置とを備えた内燃機関であって、
前記バーナー装置が、前記排気通路内に燃料を添加する燃料添加弁と、前記燃料添加弁から添加された燃料を着火する第１着火手段と、前記第１着火手段の下流側に設けられたバーナー触媒と、前記バーナー触媒の下流側に設けられた第２着火手段とを含み、
前記バーナー触媒が、前記排気通路の断面の一部を占めるように形成され、これにより前記排気通路を、前記バーナー触媒の内部に形成された触媒内通路と、前記バーナー触媒の外部に形成された触媒外通路とに仕切り、
前記第２着火手段が、前記排気通路の軸方向における前記触媒外通路と前記排気処理装置との間に位置されている
ことを特徴とする内燃機関が提供される。
【０００８】
これによれば、第１着火手段における着火が不十分で煤が発生しても、この煤を含む排気ガスを第２着火手段で再着火、再燃焼させることがきる。よってバーナー装置からの煤の排出量を抑制することが可能である。
【０００９】
好ましくは、前記第２着火手段が、前記触媒外通路の出口付近に位置されている。
【００１０】
好ましくは、前記第２着火手段が、前記触媒外通路を前記排気通路の軸方向に沿って下流側に延長させたときの当該延長領域内に位置されている。
【００１１】
好ましくは、前記バーナー触媒が、前記排気通路の内周面に接触するように形成されると共に前記排気通路の軸方向に貫通した少なくとも一つの貫通穴を有し、該貫通穴によって前記触媒外通路が形成される。
【００１２】
好ましくは、一つの前記貫通穴が、前記バーナー触媒の中心部に形成され、これにより前記バーナー触媒が環状に形成される。
【００１３】
好ましくは、複数の前記貫通穴が、前記バーナー触媒の所定位置にそれぞれ形成される。
【００１４】
好ましくは、前記バーナー触媒が、前記排気通路の内周面から離間して位置され、前記バーナー触媒の半径方向外側に環状の前記触媒外通路が形成される。
【００１５】
好ましくは、前記内燃機関が、前記排気処理装置の温度を取得する取得手段と、該取得手段によって取得された温度に基づき前記燃料添加弁、前記第１着火手段および前記第２着火手段を制御する制御手段とを備え、該制御手段は、前記取得温度が所定の第１温度範囲にあるとき、前記燃料添加弁、前記第１着火手段および前記第２着火手段を作動状態とし、前記取得温度が前記第１温度範囲より高い所定の第２温度範囲にあるとき、前記燃料添加弁および前記第２着火手段を作動状態とし、前記第１着火手段を非作動状態とする。
【００１６】
好ましくは、前記排気処理装置が、酸化触媒からなる。
【００１７】
本発明によれば、バーナー装置からの煤の排出量を抑制することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略側面図である。
【図２】図２は、バーナー装置を示す縦断側面図である。
【図３】図３は、バーナー装置を上流側から見たときの縦断正面図である。
【図４】図４は、冷間始動時以降の酸化触媒の温度とエンジン回転数との変化を示すタイムチャートである。
【図５】図５は、バーナー装置の制御に関するフローチャートである。
【図６】図６は、第１変形例の縦断側面図である。
【図７】図７は、第１変形例の縦断正面図である。
【図８】図８は、第２変形例の縦断側面図である。
【図９】図９は、第２変形例の縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好適な実施形態について、以下に詳細に説明する。ただし、本発明の実施態様は下記の各態様のみに限らず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含むことに注意しなければならない。実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２０】
図１は実施形態におけるエンジン本体１と、その吸排気系の概略構成を示す。エンジン本体１は、車載の直列４気筒４サイクルディーゼルエンジンをなす。エンジン本体１には、吸気管２および排気管３が接続されている。これら吸気管２および排気管３によって吸気通路および排気通路がそれぞれ画成される。吸気管２の途中には、吸気管２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ４が設けられている。このエアフローメータ４により、エンジン本体１に単位時間当たりに流入する吸入空気量（すなわち吸気流量）が検出される。なお、エンジン本体１は複数の気筒を有し、各気筒には筒内燃料噴射弁９が設けられているが、図１では単一の筒内燃料噴射弁９のみを示している。
【００２１】
排気管３の終端は、図示しない消音器に接続され、消音器の出口で大気に開放されている。排気管３の途中には、酸化触媒６及びパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２６が、上流側からこの順番で直列に配置されている。
【００２２】
酸化触媒６は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分をＯ２と反応させてＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２Ｏ等とする。触媒物質としては例えばＰｔ／ＣｅＯ２、Ｍｎ／ＣｅＯ２、Ｆｅ／ＣｅＯ２、Ｎｉ／ＣｅＯ２、Ｃｕ／ＣｅＯ２等を用いることができる。ＤＰＦ２６は、排気中の煤等の微粒子（ＰＭ、パティキュレート）を捕集するものである。本実施形態のＤＰＦ２６は、貴金属からなる触媒が担持され、捕集した微粒子を連続的に酸化燃焼可能な連続再生式のものである。
【００２３】
これら酸化触媒６およびＤＰＦ２６に加え、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ触媒が設けられるのが好ましい。好ましくはＮＯｘ触媒は、ＤＰＦ２６の下流側に配置される。なお火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）の場合、排気通路に三元触媒が設けられるのが好ましい。これら酸化触媒６、ＤＰＦ２６、ＮＯｘ触媒および三元触媒が、それぞれ本発明の排気処理装置に該当する。
【００２４】
なおＮＯｘ触媒は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（NSR: NOx Storage Reduction）であることができる。この場合、ＮＯｘ触媒は、流入する排気ガスの酸素濃度が高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの酸素濃度が低く且つ還元成分（例えばＨＣ等）が存在するときに吸蔵ＮＯｘを還元する機能を有する。ＮＯｘ触媒は、アルミナＡｌ２Ｏ３等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔのような貴金属と、ＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つから成る。代替的に、ＮＯｘ触媒は選択還元型ＮＯｘ触媒（SCR: Selective Catalytic Reduction）であってもよい。
【００２５】
排気管３における酸化触媒６の上流側にはバーナー装置３０が配置されている。バーナー装置３０は、燃料添加弁７と、第１着火手段あるいは第１着火装置としての第１グロープラグ２１とを含む。またバーナー装置３０は、バーナー触媒８と衝突板２０をも含む。さらにバーナー装置３０は、第２着火手段あるいは第２着火装置としての第２グロープラグ２２をも含む。
【００２６】
バーナー装置３０は、エンジン本体１に接続された排気マニホールド（不図示）の集合部よりも下流側に配置されている。排気マニホールドの集合部の下流側にターボチャージャが設けられてもよく、この場合、バーナー装置３０は、ターボチャージャの下流側で且つ酸化触媒６の上流側に設けられる。
【００２７】
図２および図３にバーナー装置３０の構成を詳しく示す。なお図２に黒矢印で排気ガス流れ方向を示し、上流側を「前」、下流側を「後」ともいう。
【００２８】
図示するように、燃料添加弁７は、排気管３内に液体の燃料（軽油）Ｆを添加或いは噴射することができる。燃料添加弁７は単一の噴孔７ａを有している。なお噴孔は複数であってもよい。
【００２９】
燃料添加弁７は、排気管３の外面部に取り付けられた弁取付ボス１１に、排気管３の軸方向と垂直に挿入して固定されている。弁取付ボス１１の内部には、燃料添加弁７の内部の燃料を冷却するための冷却水が流通される冷却水通路１２が画成されている。排気管３には、燃料添加弁７から噴射された燃料を通過させるための弁穴１３が設けられている。
【００３０】
第１グロープラグ２１は、その先端部の第１発熱部２１ａが、燃料添加弁７よりもやや下流側で且つバーナー触媒８よりも上流側に位置するように設置されている。第１グロープラグ２１は、図示しない昇圧回路を経て車載直流電源に接続されており、通電された際に第１発熱部２１ａが発熱する。第１発熱部２１ａで発生した熱により、燃料添加弁７から添加された燃料Ｆに着火して火炎を生じさせる。添加燃料Ｆの一部が、第１発熱部２１ａに直接接触して着火させられる。なお着火手段としては、セラミックヒータやスパークプラグなどの他の装置、とくに電熱式または火花着火式の装置を用いることができる。
【００３１】
第１グロープラグ２１は、排気管３の外面部に取り付けられた第１プラグ取付ボス１４に、排気管３の軸方向および燃料添加弁７の軸方向と垂直に、排気管３の側方から挿入して固定され、排気管３の穴を通じて排気管３内に突出されている。
【００３２】
バーナー触媒８は、第１グロープラグ２１の下流側に設けられ、燃料添加弁７から添加された燃料を酸化し、改質する。バーナー触媒８は、例えばゼオライト製の担体にロジウム等を担持させた酸化触媒として構成することができる。
【００３３】
燃料Ｆがバーナー触媒８に供給されると、そのときバーナー触媒８が活性化していれば、バーナー触媒８内で燃料が酸化させられる。このとき発生する酸化反応熱によって、バーナー触媒８が昇温させられる。よってバーナー触媒８を通過する排気ガスを昇温することができる。
【００３４】
また、バーナー触媒８の温度が高くなると、燃料中の炭素数の多い炭化水素が分解して、炭素数が少なく反応性の高い炭化水素が生成され、これによって燃料が反応性の高い燃料に改質される。
【００３５】
換言すれば、バーナー触媒８は、一方では急速に発熱する急速発熱器を構成し、他方では、改質された燃料を排出する改質燃料排出器を構成する。
【００３６】
衝突板２０は、前記プラグ取付ボス１４に挿入して固定され、排気管３の穴を通じて排気管３内に突出されている。衝突板２０は、ＳＵＳなどの耐熱性及び耐衝撃性に優れた材料から形成することができる。本実施形態の衝突板２０は長方形とされている。衝突板２０は、第１発熱部２１ａに近接したやや下方の位置に配置されている。そして第１グロープラグ２１と衝突板２０とは、排気管３の上部側方から排気管３内に挿入され、互いに平行に且つ水平方向に直線状に延在されている。
【００３７】
図２および図３に示すように、燃料添加弁７は、上方から第１発熱部２１ａおよび衝突板２０に向けて、やや下流側に向かうよう斜め下向きに燃料Ｆを噴射する。噴射された燃料Ｆは所定の噴霧角を有し、円錐形状の燃料経路を形成する。この燃料経路の途中に第１発熱部２１ａおよび衝突板２０が配置されている。
【００３８】
添加燃料Ｆは、その一部が第１発熱部２１ａおよび衝突板２０に衝突し、その残部が第１発熱部２１ａおよび衝突板２０を素通りする。特に衝突板２０は、燃料Ｆを衝突させてその微粒化、霧化を促進しつつ第１発熱部２１ａに向けて反射供給する。これにより第１グロープラグ２１における着火が促進される。
【００３９】
他方、第１発熱部２１ａおよび衝突板２０を素通りした燃料は、着火によって生じた火炎によって燃焼されるか、あるいは、燃焼されずにバーナー触媒８に導入され、酸化、改質される。
【００４０】
こうして、バーナー装置３０は、火炎を含む高温の加熱ガスを生成する。この加熱ガスは、供給される排気ガスと混合して排気温度を昇温させる。昇温された排気ガスは、酸化触媒６及びＤＰＦ２６に供給され、これらの暖機および活性化を促進する。
【００４１】
ところで本実施形態のバーナー装置３０においては、バーナー触媒８の下流側にさらに第２グロープラグ２２が設けられている。第２グロープラグ２２は、第１グロープラグ２１と同様に構成され、その先端部に第２発熱部２２ａを有する。第２グロープラグ２２も、排気管３の外面部に取り付けられた第２プラグ取付ボス１５に、排気管３の軸方向および燃料添加弁７の軸方向と垂直に、排気管３の側方から挿入して固定され、排気管３の穴を通じて排気管３内に突出されている。
【００４２】
ここでバーナー触媒８についてより詳しく述べる。バーナー触媒８は、排気通路の断面の一部を占めるように形成されている。より具体的には、バーナー触媒８は、排気管３の内周面３ａの全体に接触するように形成されると共に、排気管３の軸方向に貫通した一つの貫通穴、すなわち中心穴８ａを中心部に有する。これにより、バーナー触媒８は環状に形成されると共に、排気管３内の排気通路を、バーナー触媒８の内部に形成された触媒内通路１６と、バーナー触媒８の外部に形成された触媒外通路１７とに仕切る。中心穴８ａは、バーナー触媒８の内周面部に固定された内管８ｂによって画成され、触媒外通路１７を形成する。
【００４３】
図３に示すように、排気管３は断面円形であり、バーナー触媒８は断面円環状あるいはドーナツ状であり、両者は互いに同軸に配置されている。バーナー触媒８は、上流端から下流端に直線的に延びた複数の独立セルを有する所謂ストレートフロー型であり、個々のセルが触媒内通路１６を形成する。
【００４４】
他方、図１及び図２から分かるように、第２グロープラグ２２（特にその第２発熱部２２ａ）は、排気管３の軸方向における触媒外通路１７と酸化触媒６との間に位置されている。特に、第２グロープラグ２２は、触媒外通路１７の出口付近に位置されており、また、触媒外通路１７を排気管３の軸方向に沿って下流側に延長させたときの当該延長領域１８内に位置されている。これにより、図３の如く上流側から見た場合、触媒外通路１７の真後ろに第２発熱部２２ａが位置するようになる。
【００４５】
図２及び図３に示すように、第１グロープラグ２１は、バーナー触媒８の最高部とほぼ同じ高さに位置される。他方、第２グロープラグ２２は、中心穴８ａの最低部とほぼ同じ高さに位置される。
【００４６】
図１に示すように、エンジン本体１には、エンジン本体１の運転状態や運転者の要求等に応じて各種デバイスを制御するための電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、エンジン制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成される。
【００４７】
ＥＣＵ１０には、上述したエアフローメータ４の他、エンジン本体１のクランク角を検出するクランク角センサ２４、アクセル開度に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ２５、酸化触媒６の温度を検出する温度センサ２７を含む各種センサ類が、電気配線を介して接続され、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。またＥＣＵ１０には、筒内燃料噴射弁９、燃料添加弁７、第１グロープラグ２１および第２グロープラグ２２を含む各種デバイスが電気配線を介して接続され、これらがＥＣＵ１０によって制御される。ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４の出力値に基づいて吸入空気量を検出し、クランク角センサ２４の出力値に基づいて機関回転数を検出し、アクセル開度センサ２５の出力値に基づいてエンジン本体１の要求負荷を検出することができる。
【００４８】
本実施形態では、バーナー装置３０を用いた昇温制御を実施する際に、ＥＣＵ１０が燃料添加弁７、第１グロープラグ２１および第２グロープラグ２２を適宜作動させる。すなわち、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７を適宜開弁駆動（オン）し、燃料添加弁７から適宜燃料を噴射させる。またＥＣＵ１０は、第１グロープラグ２１および第２グロープラグ２２を適宜通電（オン）して十分な高温とする。
【００４９】
さて、上述したように、バーナー装置にあっては、例えば添加燃料と排気ガス（特にこれに含まれる酸素）の混合不良が原因で、不完全燃焼や失火が生じ、比較的多量の煤が発生する場合がある。こうした煤に対し何等対策を施さないと、下流側の排気処理装置の詰まり等、様々な不具合を引き起こす可能性がある。
【００５０】
特に、発生した煤が排気管３の内周面に付着して排気通路面積を縮小させる。また煤がＤＰＦ２６に早期に堆積する結果、ＤＰＦ２６を回復させるための回復処理（例えば筒内燃料噴射弁９または燃料添加弁７からの燃料噴射による排気リッチ化）が頻繁に実行され、燃費が悪化する。さらに煤が酸化触媒６およびＤＰＦ２６を詰まらせ、背圧を上昇させ、エンジントルクを減少させる。
【００５１】
そこで本実施形態では、バーナー装置３０からの煤の排出量を抑制するため、上記のような構成を採用している。
【００５２】
まず、第１グロープラグ２１をオンし、燃料添加弁７から燃料を添加すると、添加燃料が第１グロープラグ２１により着火され、火炎が生成される。この火炎は、排気ガス流れ方向に進んでバーナー触媒８（触媒内通路１６）の最高部を通過するほか、バーナー触媒８の手前で排気管３内に燃え広がり、中心穴８ａ（触媒外通路１７）とバーナー触媒８の内部全体とを排気ガス流れ方向に通過する。
【００５３】
このとき、触媒内通路１６の方が触媒外通路１７より圧力損失（抵抗）が大きいので、中心穴８ａを通過する火炎の方がバーナー触媒８の内部を通過する火炎より高速であり、前者は後者より速くバーナー触媒８を通り過ぎる。この速度差により、バーナー触媒８の直後の位置において、火炎と排気ガスの攪拌、混合が生じる。
【００５４】
しかし、例えば第１グロープラグ２１の位置における添加燃料と排気ガス（特にこれに含まれる酸素）の混合不良が原因で、第１グロープラグ２１における着火および火炎生成が不十分であり、所謂不完全燃焼が生じると、中心穴８ａには、火炎というよりもむしろ、煤と未燃燃料が混在した排気ガスが比較的高速、高流量で通過するようになる。
【００５５】
そこで、第２グロープラグ２２をオンすることにより、この煤と未燃燃料が混在した排気ガスを再着火し、燃焼させることができる。そしてこの燃焼によって生じた火炎と、前記速度差に基づく混合により、バーナー触媒８の内部を通過してきた排気ガスを再着火し、同様に燃焼させることができる。
【００５６】
これにより、たとえ第１グロープラグ２１による着火および火炎生成が不十分であっても、第２グロープラグ２２によって再度の着火および燃焼が可能であり、バーナー装置３０からの煤の排出量を抑制することが可能である。また、その下流側の酸化触媒６等への煤による悪影響も回避することが可能である。さらには、添加燃料を酸化触媒６よりも上流側で十分燃焼させることができるので、バーナー装置３０の性能を向上し、酸化触媒６等の暖機性能を促進することが可能であり、またＨＣ，ＣＯの大気への排出量も抑制可能である。
【００５７】
こうした観点から、第２グロープラグ２２を触媒外通路１７の出口付近に位置させるのは好適である。触媒外通路１７から排出された排気ガスを即座に着火できるからである。また、第２グロープラグ２２を上記延長領域１８内に位置させるのも好適である。この延長領域１８内を、触媒外通路１７から排出された排気ガスが流れる傾向にあるからである。
【００５８】
本実施形態では、排気管３の直径方向において且つ排気管３の中心を境として、第１グロープラグ２１とは反対側の位置に第２グロープラグ２２を配置するようにしている。これにより、燃焼が起こり難く煤が発生しやすい部位に第２グロープラグ２２を配置し、煤に対する再着火および燃焼を好適に行うことができる。
【００５９】
他方、本実施形態には次のような作用効果もある。すなわち、煤と未燃燃料が混在した排気ガスがバーナー触媒内部よりも高流量で中心穴８ａを流れると、この中心穴８ａの内壁（すなわち内管８ｂの内周面）に、バーナー触媒内部よりも、煤が多く溜まるようになる。しかし、この溜まった煤は、バーナー触媒８が高温になったときにその熱で燃焼可能である。バーナー触媒８は、バーナー装置３０の作動時に例えば８００℃以上の高温になる。よってこのような高温になったとき、中心穴８ａの内壁に溜まった煤を加熱して燃焼できるので、この点でもバーナー装置３０からの煤排出量を抑制することが可能である。
【００６０】
なお、バーナー触媒８がこのような高温になった場合、バーナー触媒８の内部に溜まった煤も、バーナー触媒８自身の熱により燃焼可能である。
【００６１】
次に、バーナー装置３０の制御について説明する。図４には、エンジンが搭載された車両の冷間始動時（コールドスタート）からの酸化触媒６の温度（床温）Ｔｃとエンジン回転数Ｎｅとの変化を示す。
【００６２】
図示するように、エンジン始動時ｔ０からの経過時間が進むにつれ、車両およびエンジンは加速と減速を繰り返し、触媒温度Ｔｃは概ね上昇する。このとき、酸化触媒６が活性化する前に、すなわち活性温度に達する前に、バーナー装置３０が作動させられる。
【００６３】
バーナー装置３０を作動させるための基本的な前提条件は、次の各条件（１）および（２）が成立していることである。
（１）酸化触媒６の温度Ｔｃが所定の最小活性温度Ｔｃ３以下であること。例えばＴｃ３＝２００℃である。
（２）エンジンが減速フューエルカット（Ｆ／Ｃ）中であること、またはアイドル運転中であること。
【００６４】
（２）について、減速フューエルカット中であることを条件とする理由は、バーナー装置３０に供給される排気ガスが燃焼容易な高酸素濃度（空気のみ）であり、またこのときに排気温が低く酸化触媒６の温度Ｔｃが低下するからである。さらに排気ガス流量が比較的少なく、着火が比較的容易だからである。
【００６５】
他方、アイドル運転中であることを条件とする理由は、このときにもバーナー装置３０に供給される排気ガスが高酸素濃度であり、また排気温が低く酸化触媒６の温度Ｔｃが低下するからである。さらに排気ガスが低流量であり着火が容易だからである。
【００６６】
一方、触媒温度Ｔｃが最小活性温度Ｔｃ３以下であるとき、触媒温度Ｔｃが低ければ煤発生量が多くなる傾向にあり、触媒温度Ｔｃが高ければ煤発生量が少なくなる傾向にある。
【００６７】
そこでこの傾向に鑑み、触媒温度Ｔｃが低温側の所定の第１温度範囲Ｔｃ１＜Ｔｃ≦Ｔｃ２にあるときには、燃料添加弁７、第１グロープラグ２１および第２グロープラグ２２をオンすなわち作動状態とする。これにより、添加燃料を第１グロープラグ２１で積極的に着火、燃焼させると共に、発生した煤を第２グロープラグ２２で燃焼させる。例えばＴｃ１＝１００℃であり、Ｔｃ２＝１５０℃である。
【００６８】
他方、触媒温度Ｔｃが高温側の所定の第２温度範囲Ｔｃ２＜Ｔｃ≦Ｔｃ３にあるときには、燃料添加弁７および第２グロープラグ２２をオンすなわち作動状態とし、第１グロープラグ２１をオフすなわち非作動状態とする。これにより、添加燃料をむしろバーナー触媒８での改質に利用し、その後、バーナー触媒８より大容量の酸化触媒６で本格的に酸化、燃焼させるようにする。また第２グロープラグ２２のみで添加燃料の着火を行う。
【００６９】
なお、触媒温度Ｔｃが第１温度範囲Ｔｃ１＜Ｔｃ≦Ｔｃ２よりも低いときには、燃料添加弁７、第１グロープラグ２１および第２グロープラグ２２をいずれもオフする。このときにバーナー装置３０を作動させても満足な結果が得られないからである。
【００７０】
図５には、バーナー装置３０の制御に関するルーチンのフローチャートを示す。当該ルーチンはＥＣＵ１０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００７１】
まずステップＳ１０１では、エンジンが減速フューエルカット（Ｆ／Ｃ）中であるか否かが判断される。例えば、１）アクセル開度センサ２５によって検出されたアクセル開度Ａｃが略全閉であり、且つ、２）クランク角センサ２４の出力に基づいて計算されたエンジン回転数Ｎｅが所定の目標アイドル回転数より若干高い所定回転数以上であるとき、エンジンが減速フューエルカット中であると判断される。判断結果がイエスの場合、ステップＳ１０３に進む。
【００７２】
他方、判断結果がノーの場合、ステップＳ１０２に進んで、エンジンがアイドル運転中であるか否かが判断される。判断結果がイエスの場合、ステップＳ１０３に進み、判断結果がノーの場合、ステップＳ１０７に進む。
【００７３】
ステップＳ１０３では、温度センサ２７によって検出された酸化触媒６の温度Ｔｃが、低温側の第１温度範囲Ｔｃ１＜Ｔｃ≦Ｔｃ２にあるか否かが判断される。判断結果がイエスの場合、ステップＳ１０４に進んで、燃料添加弁７、第１グロープラグ２１および第２グロープラグ２２のいずれもオンとさせられる。これによりルーチンが終了される。
【００７４】
他方、判断結果がノーの場合、ステップＳ１０５に進んで、検出触媒温度Ｔｃが高温側の第２温度範囲Ｔｃ２＜Ｔｃ≦Ｔｃ３にあるか否かが判断される。判断結果がイエスの場合、ステップＳ１０６に進んで、燃料添加弁７および第２グロープラグ２２がオンとさせられ、第１グロープラグ２１がオフとさせられる。これによりルーチンが終了される。
【００７５】
他方、判断結果がノーの場合、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、燃料添加弁７、第１グロープラグ２１および第２グロープラグ２２のいずれもオフとさせられ、すなわちバーナー装置３０が非作動状態とさせられる。これによりルーチンが終了される。
【００７６】
次に、他の実施形態を説明する。なお前記実施形態（基本実施形態という）と同一の構成要素については図中同一符号を付して説明を省略する。以下相違点を中心に述べる。
【００７７】
図６および図７には第１変形例を示す。この第１変形例は基本実施形態と比較して、バーナー触媒の構成と第２グロープラグの配置のみが異なる。
【００７８】
バーナー触媒８Ａは、排気通路の断面の一部を占めるように形成されている。より具体的には、バーナー触媒８Ａは、排気管３の内周面３ａの全体に接触するように形成されると共に、排気管３の軸方向に貫通した複数の貫通穴、すなわち外周穴８ａＡを複数の所定位置に有する。これによりバーナー触媒８Ａは、排気管３内の排気通路を、バーナー触媒８Ａの内部に形成された触媒内通路１６と、バーナー触媒８Ａの外部に形成された触媒外通路１７とに仕切る。
【００７９】
外周穴８ａＡは、バーナー触媒８Ａの外周側に、周方向等間隔で四つ設けられている。これら外周穴８ａＡは図７に示す正面視において上下左右に位置される。各外周穴８ａＡは、バーナー触媒８Ａに固定された内管８ｂＡによって画成され、それぞれ触媒外通路１７を形成する。図７に示すように、上部に位置する外周穴８ａＡは、第１グロープラグ２１の発熱部２１ａの真後ろに位置される。
【００８０】
他方、第２グロープラグ２２は、その第２発熱部２２ａが下部に位置する外周穴８ａＡの真後ろに位置されるよう、配置されている。こうして第２グロープラグ２２（特にその第２発熱部２２ａ）は、排気管３の軸方向における触媒外通路１７と酸化触媒６との間に位置され、下部外周穴８ａＡからなる触媒外通路１７の出口付近に位置され、また、その触媒外通路１７を排気管３の軸方向に沿って下流側に延長させたときの当該延長領域１８内に位置されている。また第２グロープラグ２２は、排気管３の直径方向において且つ排気管３の中心を境として、第１グロープラグ２１とは反対側の位置に配置されている。
【００８１】
この第１変形例の作用効果および制御方法は基本実施形態と同様である。従って、バーナー装置３０からの煤の排出量を好適に抑制することが可能である。
【００８２】
図８および図９には第２変形例を示す。この第２変形例も基本実施形態と比較して、バーナー触媒の構成と第２グロープラグの配置のみが異なる。
【００８３】
バーナー触媒８Ｂは、排気管３と二重管をなすように構成され、排気管３の内径より小径とされ、排気管３内に同軸に配置されている。こうしてバーナー触媒８Ｂは排気管３の内周面３ａから離間して位置され、バーナー触媒８Ｂの半径方向外側に円環状の触媒外通路１７が形成される。バーナー触媒８Ｂの外周面部には円筒状のケーシング８ｃが固定され、このケーシング８ｃは、放射状に配置された複数のステー１９によって排気管３内に支持されている。
【００８４】
バーナー触媒８Ｂは、上流側に向けて突出する導入板２３を含む。導入板２３は、ケーシング８ｃの前端且つ下半部に取り付けられ、ケーシング８ｃから上流側に向けて突出し、断面半円の樋状に形成されている。導入板２３は、ケーシング８ｃと同様、放射状に配置された複数のステー１９によって排気管３内に支持されている。導入板２３は、第１グロープラグ２１および衝突板２０を素通りした添加燃料Ｆを受け止め、排気ガスの流れも利用しつつ、添加燃料Ｆをバーナー触媒８Ｂに導入、案内する。
【００８５】
第１グロープラグ２１の第１発熱部２１ａは、バーナー触媒８Ｂの最上部の上方に位置する触媒外通路１７（最上部触媒外通路１７ａという）の前方に位置されている。他方、第２グロープラグ２２の第２発熱部２２ａは、バーナー触媒８Ｂの上半部の真後ろに位置されている。つまり第２グロープラグ２２の第２発熱部２２ａは、排気管３の直径方向において且つ排気管３の中心を境として、第１グロープラグ２１と同一側の位置に配置されている。こうして第２グロープラグ２２（特にその第２発熱部２２ａ）は、排気管３の軸方向における触媒外通路１７と酸化触媒６との間に位置され、最上部触媒外通路１７ａの出口付近に位置されている。
【００８６】
この第２変形例の作用効果および制御方法も基本実施形態と同様である。特にこの構成によれば、第１グロープラグ２１の着火によってできた火炎が最上部触媒外通路１７ａを最も積極的に流れるようになる。そして不完全燃焼時の煤もこの最上部触媒外通路１７ａを最も積極的に流れる。一方、この最上部触媒外通路１７ａの出口付近に、第２グロープラグ２２の第２発熱部２２ａが位置されており、しかも第２グロープラグ２２の第２発熱部２２ａはバーナー触媒８Ｂの真後ろに位置されている。よって最上部触媒外通路１７ａから出てきた煤を、バーナー触媒８Ｂから出てきた改質燃料をも利用して、第２グロープラグ２２により積極的に燃焼することができる。こうして、バーナー装置３０からの煤の排出量を好適に抑制することが可能である。
【００８７】
この第２変形例において、第２グロープラグ２２の位置をより高い位置に変更し、第２発熱部２２ａを最上部触媒外通路１７ａの真後ろに位置させることも可能である。この場合を含め、第２グロープラグ２２の第２発熱部２２ａは、触媒外通路１７を排気管３の軸方向に沿って下流側に延長させたときの当該延長領域１８内に位置させることができる。
【００８８】
以上、本発明の好適実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、前記実施形態では排気処理装置としての酸化触媒６の温度を温度センサ２７により直接検出したが、ＥＣＵ１０によりエンジン運転状態に基づいて推定してもよい。これら検出および推定を含めて「取得」という。上述の数値、形状等は一例であり、任意に変更が可能である。例えばバーナー触媒及び排気管のうち少なくとも一方は、断面が楕円形や長円形など、非円形であってもよい。バーナー触媒よりも下流側に存在する排気処理装置の種類や配列順序は任意である。内燃機関の用途、形式等も任意であり、車載用等に限定されない。
【００８９】
以上、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、クレームされた発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。本発明の実施態様は上述の各態様のみに限らず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含む。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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